Microprocesoarele

                                                                     
Manual digital 

Tema: Microprocesoarele echipamentului informațional

Profesoară: Juc Viorica

Elevă: Melentiev Daniela, clasa a X-a ''C,,

Manual interactiv personal

Prezentarea PowerPoint 

                                                                                                                                                         


                                                   Microprocesoare
MICROPROCESOR-  Circuit integrat de mare densitate și complexitate, specializat pentru operații de calcul, comandă și control într-un computer sau alt sistem electronic.

Caracteristicile Microprocesorului:

• Tipul microprocesorului
• Viteza microprocesorului
• Cuvîntul microprocesorului
• Cantitatea de mamorie cache
• Setul de intrucțiuni
• Lățimea magistralei de date.

Tipul microprocesorului:

Defineşte apartenenţa microprocesorului la o familie de microprocesoare care au caracteristici comune. Aceste caracteristici determină performanţele calculatorului: viteza de lucru, setul de instrucţiuni care sunt înţelese şi executate de procesor etc. Fiecare tip de microprocesor este caracterizat printr-o arhitectură internă. Pe calculatoarele IBM-PC, cât şi pe cele compatibile IBM se întâlnesc microprocesoarele din familiile INTEL 80x86, unde x=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, Cu cât x este mai mare, cu atât microprocesorul este mai performant (de exemplu, 80686) va putea înţelege şi executa instrucţiunile unui program scris pentru un microprocesor mai puţin performant (de exemplu, 80486). Procesoarele folosite de calculatoarele IBM-PC sau compatibile IBM-PC sunt produse de firme ca Intel, AMD, Cyrix, etc. Familia din care acestea fac parte se stabileşte prin compararea performanţelor cu familiile de procesoare Intel: 286, 386, 486, Pentium, PentiumII, PentiumIII, PentiumIV. În cadrul aceleiaşi familii, microprocesoarele sunt compatibile între ele. Intel nu este compatibil cu Macintosh, respectiv nu inteleg acelasi set de intructiuni. Microprocesoare Motorola - folosite de calculatoarele Macintosh realizate de firma Apple. 

Viteza microprocesorului:

Reprezinta viteza cu care sunt interpretate instructiunile. Viteza este redata de frecventa de tact a ceasului si de cuvantul procesorului. 

1. Frecventa de tact a ceasului sau frecvenţa de lucru a microprocesorului :cu cât această frecvenţă este mai mare, cu atât microprocesorul este mai performant, deoarece ea este direct proporţională cu viteza cu care microprocesorul execută instrucţiunile, deci cu viteza de lucru a calculatorului 
2. Ceasul sistemului controloează cât de repede se execută operaţiile şi generează impulsuri de tact de aceeaşi frecvenţă, prin care li se comandă circuitelor electronice ale calculatorului să execute operaţii. Cu cat ceasul va avea o frecventa mai mare cu atat timpul de executie a unei instructiuni este mai mic si viteza de lucru mai mare. 
3.  UCC fiind un automat secvential cu număr finit de stări, functionează pe baza unor impulsuri de tact. Acestea sunt produse de un generator electronic pilotat de un cristal de cuart numit ceasul procesorului, care asigură stabilitatea frecventei la variatia tensiunii de alimentare si a temperaturii. 
4.  Frecventa impulsurilor de tact determină viteza de executie a instructiunilor si cu cat este mai mare cu atat calculatorul este mai performant. 
5. A doua metodă de calcul a vitezei microprocesorului este numărul de instrucţiuni pe care le poate executa într-o secundă. Se exprimă în MIPS (Milioane de Instructiuni Pe Secundă).         1 megahertz sau 1 MHz echivalează cu 1 milion de impulsuri pe secundă.

Cuvântul microprocesorului:

Reprezintă numărul de biţi întotdeauna multiplu de 8 octeţi care pot fi prelucraţi la un moment dat de către microprocesor (de exemplu 8 biţi,16 biţi,32 biţi,64 biţi). Cu cât cuvântul are mai mulţi biţi, cu atât viteza de lucru a microprocesorului este mai mare şi el este mai performant. 

Cantitatea de memorie cache: 

Reprezinta memoria microprocesorului. Prin intermediul acesteia el nu depinde in totalitate de memoria sistemului. 

Setul de instructiuni:

Sunt toate instructiunile pe care le intelege si le poate executa un microprocesor. Instructiunea reprezinta codificarea comenzilor pe care trebuie sa le execute procesorul. 

Latimea magistralei de date:

Comunicarea cu memoria si perifericele se realizează prin linii paralele de transfer de date numite magistrale. Pe magistale circula date si instructiuni. Latimea poate fi de: 16, 32 sau 64, 128 sau 256 biti.

Componentele microprocesorului: 

                                           1.Unitatea de Comandă şi Control (UCC) 

                                           2.Unitatea Aritmetică şi Logică (UAL). 

Unitatea de Comandă şi Control (UCC): 

   - Primeşte instrucţiunile de la memorie, le interpretează şi, corespunzător, emite comenzi către UAL , respectiv comenzi de transfer către memoria externă. 

   - Coordonează functionarea tuturor unitătilor interne pentru executia operatiilor continute în mod codificat în instructiuni. 

Unitatea Aritmetică şi Logică (UAL) 

   - Unitatea logico-aritmetica este unitatea care realizeaza prelucrarea efectiva a datelor.  

   - Efectuează calcule aritmetice şi operaţii logice solicitate de UCC.  

   - Are rolul de a executa operaţii elementare aritmetice (adunări, scăderi etc) şi logice (conjuncţie, disjuncţie etc) cu date furnizate de memorie şi de a depune în memorie rezultatul obţinut în urma calculului. - Este compusă din elemente fizice numite regiştri. 

   - Fiecare functie este activată de o instructiune corespunzătoare care furnizează si operanzii implicati în operatie. 

                              Evoluția și istoricul echipamentelor

Perioada 1993-1998 a fost foarte zbuciumata, marcata de o lupta foarte dura pe piata microprocesoarelor, in care Intel a inceput sa simta din ce in ce mai mult prezenta competitiei formate din AMD, Cyrix sau NexGen. Tot in aceasta perioada s-a lansat si standardul MMX care mai este folosit si in prezent.

 Intel Pentium (22 martie 1993)

Intel Pentium a fost primul procesor superscalar de la Intel (putea executa pana la doua instructiuni simultan).Procesorul lucra cu o magistrala de date de 64 de biti (cu toate ca a fost un procesor pe 32 de biti) si a fost lansat initial la viteze de 60 si 66 de MHz. Au urmat insa foarte rapid versiuni de 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200, 233 MHZ.De fapt au existat trei versiuni de Pentium: prima versiune care nu cuprindea decat doua modele: Pentium la 60 si la 66MHz, a doua versiune care a adaugat instructiunile MMX si o ultima versiune care a micsorat distanta dintre tranzistoare permitand astfel viteze mai mari care au ajuns pana la 233MHz. Intel Pentium a fost primul microprocesor pentru PC-uri care putea sa calculeze mai mult de 100MIPS (milioane de instructiuni pe secunda).Tot pentru prima oara era posibila construirea unor sisteme care sa lucreze cu 2 procesoare in paralel (sisteme multiprocesor). Microprocesorul de la Intel venea cu 16Kb de cache incorporati in pastila de siliciu. 

AMD K5 / Nexgen Nx586 (1995) 

AMD a reactionat destul de tarziu in a lansa un procesor comparabil ca viteza cu Intel Pentium. In 1995 a produs totusi primul sau procesor care era conceput integral de catre ei, nemaifiind o simpla clona a procesoarelor Intel. Acest procesor s-a numit K5 si avea viteze de la 75 la 166MHz. Cu toate acestea nu era un procesor mai rapid decat cele de la Intel, in plus avand o unitate de calcul in virgula mobila destul de slaba 
Una din inovatiile aduse de K5 era faptul ca instructiunile x86 erau transformate intern in ROP (Risc OPerations). Aceste operatii RISC se puteau executa in nucleul RISC al procesorului care era mult mai rapid. In acelasi timp o companie de care putina lume auzise pana atunci, Nexgen, lansa primul sau procesor: Nx586. Complexitatea procesorului K5 a dus la frecvente destul de mici, ceea ce i-a facut pe cei de la AMD sa cumpere compania Nexgen care tocmai terminase design-ul noului lor procesor, NX686. Acest design a fost ulterior folosit de AMD in urmatoarea sa familie de procesoare pe care avea sa o lanseze in 1997. 

Cyrix 6x86 (Octombrie 1995)

6x86 a fost replica lui Cyrix la procesorul Pentium al lui Intel. Acest chip era produs initial de catre IBM dat fiind ca Cyrix nu avea unitati de asamblare de procesoare, insa ulterior, odata cu achizitionarea Cyrix de catre National Semiconductor a fost produs chiar de catre acestia. Procesorul a avut un succes destul de mare dat fiind ca era mai rapid decat un Intel Pentium la aceeasi frecventa. 
De altfel pentru a-l putea compara cu procesoarele de la Intel, cei de la Cyrix au inventat ceea ce s-a numit ulterior P-Rating. De exemplu procesorul Cyrix 6x86 care functiona la 150 de MHz a fost denumit 6x86PR200, ceea ce insemna ca era comparabil ca viteza cu un Pentium la 200. Unul din marile dezavantaje ale acestui procesor a fost insa viteza foarte mica a calculelor in virgula mobila.

Intel Pentium Pro (1 noiembrie 1995) 

Acest procesor a fost una dintre cele mai mari inovatii tehnice produse de Intel pana acum. Procesorul ingloba pentru prima oara in istorie pe langa cache-ul Level1 de 8k pentru date si 8k pentru instructiuni, si un cache Level2 de 256Kb sau 512Kb. Folosea un sistem complex de predictie a ramurii de executie (branch prediction) si executie speculativa (speculative execution) - in momentul in care executia programului ajungea la o bifurcatie ramura corecta nu era stiuta pana in momentul in care se executa instructiunea conditionala; pentru ca procesorul sa nu astepte pana in acea clipa, se alegea una din cele doua ramuri si se incepea executia instructiunilor respective; daca se dovedea ca ramura aleasa a fost cea corecta aceasta insemna un castig important de viteza. 

Intel Pentium MMX (Ianuarie 1997)

MMX s-a crezut initial ca inseamna MultiMedia eXtension, dar Intel a declarat ca inseamna Matrix Math eXtension. Acesta reprezinta un standard introdus de Intel care aduce cateva noi instructiuni care usurau in principal calculele matematice cu vectori.

AMD K6 (Aprilie 1997)

Ca urmare a cumpararii firmei Nexgen, AMD a reusit sa lanseze un nou procesor, K6 care avea viteze de la 166 la 266MHz. Bineinteles ca politica AMD a fost ca procesoarele sale sa se vanda la aproape jumatate din pretul la care se vindeau procesoarele Intel. K6 incorpora instructiuni MMX (a caror licenta a cumparat-o de la Intel) devenind astfel un rival de temut pentru procesoarele Intel Pentium MMX. 

Cyrix 6x86MX (30 Mai 1997) 

6x86MX a adus nou extensiile MMX precum si viteze de ceas mai mari decat precedentele chip-uri de la Cyrix. Astfel cel mai performant model era 6x86MX PR266 care rula la 233MHz. De asemenea, marimea memoriei cache Level2 s-a marit de patru ori fata de 6x86, ajungand la 64Kb.

Cyrix MII (14 Aprilie 1998)

Aceasta versiune a chip-ului 6x86 a imbunatatit putin performanta FPU si a atins viteze mai mari ajungand la 300MHz (PR433). De asemenea viteza bus-ului a ajuns la 100MHz.

Cyrix MediaGX (1998)

MediaGX a reprezentat incercarea lui Cyrix de a produce un chip care sa integreze atat functiile de sunet si video, cat si controller-ul de memorie si CPU-ul in sine. Scopul acestui chip a fost acela de a putea produce computere foarte ieftine si la vremea aceea deja se vorbea de calculatoare sub 500$ (ceea ce era foarte putin la acea data) construite in jurul lui MediaGX. Cu toate acestea, nici unul din marii producatori de computere nu a adoptat aceasta solutie, astfel incat procesorul acesta, desi revolutionar, nu a avut deloc succesul scontat.

Chestionar

Curiozități despre Microprocesoare:

•  Potrivit “legii lui Moore” (dupa numele celui care a formulat-o, presedintele companiei Intel), lege care estimeaza evolutia hardware-urilor, tehnologia de astazi permite integrarea unui numar dublu de circuite in aceeasi placa de silicon.
• Cu cat circuitele compacte sunt mai multe, cu atat microprocesorulva fi mai rapid, pentru ca electronii care intra in componenta sa vor avea de stabatut o distanta mai mica.
• Pe masura ce cipurile isi micsoreaza dimensiunile, un numar tot mai mare poate fi integrat in acelasi diametru de silicon, prin imbunatatirea echipamentului care se ocupa de functionalitatea straturilor multiple.
• De-a lungul ultimilor zece ani, avantajele date de preturile relativ reduse si de dublarea capacitatii de procesare au facut ca PC-ul sa devina principalul consumator de microprocesoare.
• Procesoarele au transformat computerul, din aparatul care putea face foi de lucru in excel si cateva rezumate in word, intr-o masinarie complexa, care acceseaza rapid servicii online, poate trimite emailuri si faxuri, poate computa programe complexe.
• In urma cu 25 de ani, raspunsul la intrebarea “Ce se poate face pentru imbunatatirea computerelor?” a dus la dezvoltarea unei industrii care, in prezent, valoreaza sute de miliarde de dolari, dand nastere unui numar incredibil de mare de gadget-uri, de la calculatorul de buzunar si pana la computerul personal.